RAID – Zusammenarbeit von Datenträgern
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Ist die Kapazität einer Festplatte erschöpft, liegt die Lösung nahe, einfach mehrere Datenträger zu einem einzigen großen Datenspeicher zusammenzufassen. Ein solches gemeinsames Datenlager erleichtert die Verwaltung von Datenbeständen und erhöht die Ausfallsicherheit. Dieses als RAID – kurz für Redundant Array of Inexpensive Disks – bezeichnete Verfahren lässt sich in unterschiedlichen Varianten (RAID-Level) einsetzen.
Ende der 80er Jahre waren große, zuverlässige Festplatten extrem teuer. Aus Kostengründen etablierte sich daher die Praxis, mehrere kleinere Festplatten zu einem Verbund zusammenzuschließen. Die zu speichernden Dateien wurden über einen ausgefeilten Prozess den beteiligten Datenträgern zugewiesen, sodass der Ausfall einer einzelnen Festplatte nicht mehr zu Datenverlust führte. Dank seinem hohen Grad an Sicherheit und Effizienz ist das Konzept einer Reihe unabhängiger Datenträger inzwischen weit im Storage-Bereich verbreitet.
Die Zusammenarbeit zwischen den Festplatten eines RAID-Systems kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die wichtigsten dieser sogenannten RAID-Level.
RAID-Level 0: Viel Speicherplatz, keine Redundanz
Das schnelle Abspeichern und Auslesen großer Datenmengen steht bei diesem RAID-Level im Vordergrund. Dabei werden zu speichernde Dateien in Teilabschnitte aufgeteilt und diese wiederum auf den beteiligten Festplatten abgelegt. Der Vorteil dieser als „Striping“ bekannten Arbeitsweise ist klar: Parallele Speicher- und Lesevorgänge bedeuten höhere Arbeitsgeschwindigkeit.
Der große Nachteil von RAID 0 besteht jedoch in der fehlenden Redundanz des Speichers. Fällt ein Datenträger mit den darauf gespeicherten Dateisegmenten aus, ist die komplette Datei verloren. Daher zählt man dieses Verfahren eigentlich nicht zu den RAID-Systemen im engeren Sinne.
RAID-Level 1: Sicherheit geht vor
Festplatten und SSDs besitzen nur eine begrenzte Lebensdauer. Da bei Ausfall eines Datenträgers auch die gespeicherten Inhalte verlorengehen, ist eine zuverlässige Sicherung unerlässlich. Doch selbst wenn ein aktuelles Backup vorliegt, kostet das Einspielen wertvolle Zeit. Um gegen den Ausfall eines Datenträgers gewappnet zu sein, liegt es nahe, auf einer zweiten Festplatte eine Kopie der gelagerten Daten anzulegen. So kann bei unerwartetem Ableben eines Datenträgers einfach mit der Spiegelung des Datenbestands auf der zweiten Festplatte weitergearbeitet werden.
Dieses „Mirroring“ bildet das Prinzip von RAID 1. Das Speichern von Dateien dauert bei dieser Betriebsart genauso lange wie bei einer regulären Festplatte, das simultane Lesen von beiden Festplatten sorgt jedoch für eine höhere Lesegeschwindigkeit.
RAID-Level 5 und 6: Kombinierte Königsklasse
Sind ausreichend Datenträger verfügbar, lassen sich diese beiden Vorgehensweisen kombinieren: Dateien werden blockweise auf mehrere Festplatten verteilt und mit Zusatzinformationen ausgestattet, die im Krisenfall die Wiederherstellung der kompletten Datei erlaubt. Möglich wird dies durch Paritätsinformationen und Fehlerkorrekturcodes.
Diese komplexe Variante firmiert als RAID 5 und ist das derzeit am weitesten verbreitete RAID-System. Dies liegt vor allem in ihrer hohen Ausfallsicherheit begründet, die zusätzlich noch durch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit ergänzt wird. Voraussetzung für die Anwendung von RAID 5 sind mindestens drei verfügbare Festplatten.
RAID 6 arbeitet ähnlich wie RAID 5, speichert die Redundanzinformationen jedoch mehrfach. Dies erlaubt den gleichzeitigen Ausfall von zwei Festplatten, ohne dass permanenter Datenverlust droht. Nachteil dieser besonders sicheren Variante: niedrige Speicherkapazität (etwa 50 Prozent geringer als bei Systemen mit RAID 0).
Weitere RAID-Level
Anders als die weit verbreiteten RAID-Level 0, 1, 5 und 6 finden RAID-Level 2, 3 und 4 kaum noch Anwendung in der Praxis. Der Vollständigkeit halber gehen wir dennoch kurz auf sie ein.
RAID 2 und 3 funktionieren ähnlich wie RAID 5; sie unterscheiden sich vor allem durch ihr Schema der Datenverteilung auf den Festplatten und die berechneten Redundanzinformationen. RAID 4 lagert die zur Wiederherstellung notwendigen Zusatzinformationen auf eine separate Festplatte aus.
Besonders individuelle Lösungen lassen sich durch die Kombination verschiedener RAID-Systeme erzielen. So lassen sich etwa zwei RAID 1 als Speicher für ein RAID 0 verwenden. Eine solche Verbindung würde entsprechend als RAID 10 bezeichnet. Analog würde aus einem RAID 0 und einem RAID 5 ein RAID 05.
Im Thomas-Krenn-Wiki finden Sie einen Vergleich der verschiedenen RAID-Level.
Hardware- oder Software-RAID?
Beim Aufbau eines RAID-Systems stellt sich die grundlegende Frage nach einer Hard- oder Software-Lösung. Bei der Hardware-Variante übernimmt ein zusätzlich installierter RAID-Controller die Steuerung der eingebundenen Festplatten. Für das Betriebssystem wirkt ein solcher Festplattenverbund wie ein einzelnes, großes Laufwerk. Besonders hochwertige RAID-Controller verbessern durch einen eingebauten Cache-Speicher, der verarbeiteten Daten zwischenspeichert, die Arbeitsgeschwindigkeit des Systems. Eine zusätzliche Notstromversorgung des Caches sorgt für bestmöglichen Schutz vor Datenverlust.
Nutzt hingegen das Betriebssystem die angeschlossenen Datenträger als RAID-System, spricht man von Software-RAID. Hierbei erledigt der Prozessor die Zuweisung der Datenblöcke auf die verschiedenen Festplatten. Diese zusätzliche Arbeitslast kann sich, je nach Leistungsfähigkeit des Prozessors, möglicherweise negativ auf die Arbeitsgeschwindigkeit auswirken.
Zuletzt lassen sich Elemente aus Hard- und Software-Lösungen auch zu einem sogenannten Host-RAID kombinieren (auch Driver-RAID oder Firmware-RAID). Die Festplatten werden dabei von einem rudimentären Controller gesteuert, während der Großteil der Arbeit meist von einem proprietären Treiber übernommen wird.
Erschwert wird der Betrieb von Hardware- und Host-RAIDs durch das Fehlen eines einheitlichen Standards – jede Lösung verwendet eigene, komplexe Strategien und Verfahren. Brennt einem RAID-Controller etwa ein Chip durch, lassen sich die Festplatten nur an einem baugleichen RAID-Controller weiterbetrieben. Ist kein kompatibler Ersatz zur Hand, sind die Daten verloren. Hier können Software-RAIDs durch Flexibilität punkten: Die verwendete Software lässt sich meist problemlos auf einem anderen System einsetzen, sodass Hardware-Ausfälle weit weniger gravierende Folgen haben.
Fazit
Ein RAID-System bietet eine kostengünstige Möglichkeit, die Arbeitsgeschwindigkeit zu erhöhen und dabei gleichzeitig das Ausfallrisiko zu senken. Ein RAID 0 empfiehlt sich dabei nur für große, temporäre Dateien, deren Verlust nicht allzu kritisch wäre. Ein System mit RAID-Level 1 verkraftet den gleichzeitigen Ausfall aller Festplatten bis auf eine, ohne Daten zu verlieren. Dabei beschränkt sich der Speicherplatz des Systems jedoch auf die Kapazität eines einzelnen Datenträgers bei relativ niedriger Schreibgeschwindigkeit. Für die meisten Anwendungsfälle bietet sich daher RAID 5 oder 6 als optimales RAID-System an, sofern mindestens drei Festplatten zur Verfügung stehen.
Mehr Informationen und Tipps zum Thema RAID, so wie detaillierte Erklärungen zu den einzelnen RAID-Leveln und verschiedenen RAID-Controllern, finden Sie Im Thomas-Krenn-Wiki. In unseren Webinaren bieten wir Ihnen außerdem einen vertieften Einblick in den aktuellen Stand der RAID-Technologie – zum Beispiel die SmartRAID Adapter von Adaptec.
